Etude expérimentale du transfert de masse en milieu poreux hétérogène

Experimintal study of mass transfert in heterogeneous porous media

• Auteur / Autrice : Charles Danquigny
• Direction : Philippe Ackerer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de masse

Hydrodynamique

Eaux souterraines -- Pollution

Résumé

Etant donné le caractère hétérogène du milieu naturel, l'étude de l'hydrodynamique et du transfert de masse dans une nappe nécessite la détermination de paramètres équivalents : la perméabilité équivalente et la macrodispersivité. Il s'agit ici de déterminer ces paramètres à partir de résultats d'essais de traçage. Un Modèle d'Analyse et de Recherche sur la Contamination des EAUx Souterraines (MARCEAUS) a été développé pour réaliser des expériences contrôlées dans un milieu hétérogène de grandes dimensions (6 x 1 x 1 m3) et ayant les propriétés statistiques voulues. La concentration, via la conductitivité électrique, et la piézométrie sont mesurées dans le domaine. Après la mise au point du dispositif, 7 expériences ont été réalisées en écoulement uniforme ou radial. L'interprétation des courbes de concentration souligne l'influence des hétérogénéités locales sur le transport de traceur : l'établissement d'écoulements préférentiels et tridimensionnels. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de déterminer des paramètres équivalents de l'hydrodynamique et du transport à partir de mesures de concentrations. Un modèle numérique adapté est proposé pour chaque mode d'écoulement (uniforme et radial). Les valeurs expérimentales sont différentes d'une expérience à l'autre et supérieures aux valeurs théoriques. Mais les développements théoriques utilisés ne tiennent pas compte des limites finies du domaine. Les perméabilités sont toutes du même ordre de grandeur et bornées par les valeurs théoriques de Cardwell et Parson. Les valeurs de macrodispersivité sont inférieures dans le cas de l'injection-pompage. La comparaison des valeurs entre-elles montre l'importance de la zone de capture des puits. La simulation tridimensionnelle des expériences s'avère complexe et pose de nouvelles questions : celles de l'anisotropie du milieu, de l'influence de la dispersion locale ou de la densité du traceur.

With the heterogeneity of the natural environment, the study of the hydrodynamics and mass transfer in groundwater requires the determination of equivalent parameters: the equivalent permeability and the macrodispersivity. This work deals with the determination of these parameters with tracer tests. A Model, ''Modèle d'Analyse et de Recherche sur la Contamination des EAUx Souterraines'' (MARCEAUS) was developed to carry out controlled experiments in a large-sized heterogeneous medium (6 x 1 x 1 m3) which has some statistical properties. Concentration, via the electric conductitivity, and piezometry are measured in the field. After the development of the device, 7 experiments were carried out in uniform or radial flow. The interpretation of the breakthrough curves shows the influence of local heterogeneities on the transport of the tracer: establishment of preferential paths and three-dimensional flows. The results obtained show that it is possible to determine equivalent hydrodynamical and transport parameters owing to measurements of concentrations. An adapted numerical model is proposed for each type of flow (uniform and radial). The experimental values are different from one experiment to another and higher than the theoretical values. But the theoretical developments used do not hold account of the boundary conditions. The permeabilities are of the same order of magnitude and are bounded by the theoretical values of Cardwell and Parson. The values of macrodispersivity are lower in the case of injection-pumping. The comparison of the values shows the importance of the capture zone of the wells. The three-dimensional simulation of the experiments are difficult and raises new questions: those of the anisotropy of the medium, the influence of local dispersion or the density of the tracer.